Компактният педал за газ генерира десетки милиарди електронволта енергия, като позволява на електроните да сърфират след лазера

Педалите за газови частици имат голям потенциал за полупроводникови приложения, медицински образи и терапия и материали, енергийни и медицински изследвания. Но традиционните педали за газ изискват голямо пространство за работа, много са скъпи и се предлагат само в няколко национални лаборатории и университети. Според последния брой на списанието Matter and Radiation in Extreme Conditions, екип от изследователи, включително Университета на Тексас в Остин, демонстрира компактен педал за газови частици с дължина под 20 метра, наречен Advanced Laser Tail Field Accelerator, който произвежда електронен лъч с енергия 10 милиарда електронволта.
В момента има само два педала за газ в САЩ, които могат да достигнат толкова високи електронни енергии, но и двата са с дължина 3 километра. Сега изследователите могат да постигнат такива високи енергии в камера в рамките на 10 сантиметра.
Газовите педали за лазерно събуждане се основават на принципа на изстрелване на газ хелий с изключително мощен лазер, който го нагрява в плазма и създава вълни, които избиват електрони от газа, създавайки високоенергиен електронен лъч. Концепцията е широко рекламирана откакто е предложена през 1979 г.
Този път ключовият напредък на изследователския екип разчита на наночастиците. Допълнителен лазер удря метална плоча вътре в газовата камера, която инжектира поток от метални наночастици, който подобрява енергията, пренесена от вълната към електроните.
Лазерът, подобно на лодка, плъзгаща се по повърхността на езеро, оставя следа и електроните яздят тази плазмена вълна като сърфист в вълна. Изследователите сравняват това с трудността на сърфист да влезе във вълна неконтролирано, така че обикновено моторна лодка ще завлече сърфиста във вълната. В новия педал за газ наночастиците са еквивалентни на моторна лодка, освобождавайки своите електрони в точната точка и в точното време, така че всички те да могат да „сърфират“ по задната вълна.
В своите експерименти изследователите са използвали един от най-мощните импулсни лазери в света, Texas Tile Laser, който излъчва ултрамощен светлинен импулс веднъж на час, но продължава само 150 фемтосекунди.
Екипът в момента проучва използването на техния педал за газ за различни цели, като например тестване на способността на космическата електроника да издържа на радиация, фотографиране на 3D вътрешните части на дизайна на чипове и дори разработване на нови терапии за рак и усъвършенствани техники за медицинско изображение.
Педалът за газ може да се използва и за захранване на рентгенов лазер със свободни електрони, устройство, което може да заснема филми на забавен каданс на събития от атомен или молекулярен мащаб, като взаимодействия между лекарство и клетка, промени в батерията, които причиняват пожар за начало, химическите реакции в слънчевия панел и начина, по който вирусните протеини променят формата си, докато заразяват клетката.